JPH09143671A - Surface treatment of aluminum material and its treatment film - Google Patents
Surface treatment of aluminum material and its treatment filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性を改善す
るアルミニウム材の表面処理方法およびその処理膜に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment method for an aluminum material and a treatment film for improving the wear resistance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金は、軽量で熱伝導性、加工性および耐食性に優れ
ていることから、自動車部品をはじめ巾広い分野で使用
されている。ところが、これらアルミニウムおよびアル
ミニウム合金は、一般に鉄鋼材料に比べて強度、耐摩耗
性、耐熱性が劣っており、素材そのままでは鉄鋼材料の
代替材料とし適用できる部位や部品が限られるため、ア
ルミニウム材の表面を改質する各種表面改質方法が提案
されている。2. Description of the Related Art Conventionally, aluminum or aluminum alloy has been used in a wide range of fields including automobile parts because it is lightweight and excellent in heat conductivity, workability and corrosion resistance. However, these aluminum and aluminum alloys are generally inferior in strength, wear resistance, and heat resistance to steel materials, and since the raw materials as they are are limited in the parts and parts that can be applied as substitute materials for steel materials, Various surface modification methods for modifying the surface have been proposed.
【０００３】このようなアルミニウムおよびアルミニウ
ム合金の表面改質方法としては、例えば次のようなもの
がある。 セラミックス又は自己潤滑性金属粉末を素材表面に
溶射する処理方法。 分散メッキ等の電気メッキを素材表面に施す処理方
法。 アルマイトを素材表面に施す処理方法。 高密度エネルギー源を用いて素材表面の溶融合金化
を行う処理方法。等が提供されている。Examples of such surface modification methods for aluminum and aluminum alloys include the following. A method of spraying ceramics or self-lubricating metal powder onto the surface of a material. A treatment method that applies electroplating such as dispersion plating to the surface of the material. A method of applying alumite to the material surface. A treatment method in which a material surface is melt-alloyed using a high-density energy source. Etc. are provided.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たの処理方法では、素材表面に形成される溶射被膜の
密着強さが小さいことから、溶射被膜が素材表面より剥
がれやすいという問題を有していた。また、の処理方
法では、大型の設備等を必要とするため、コスト高を招
来していた。さらに、の処理方法では、素材表面に形
成される被膜を厚くすることができず、しかも前処理も
要するので、所望の厚さよりも薄い被膜しか得られない
上、生産性を向上させるには限界を有していた。そし
て、の処理方法では、大型の設備等を必要になり、コ
スト高を招くとともに、改質層にむらができるので、広
域な面を処理することができないという不具合があっ
た。However, in the above-mentioned treatment method, since the adhesion strength of the thermal spray coating formed on the surface of the material is small, the thermal spray coating has a problem of being easily peeled off from the surface of the material. . In addition, the processing method of (1) requires large-scale equipment and the like, resulting in high cost. Furthermore, in the treatment method of (3), the coating formed on the surface of the material cannot be thickened, and since pretreatment is also required, only a coating thinner than the desired thickness can be obtained, and there is a limit to improving productivity. Had. In addition, the treatment method of (1) requires large-scale equipment and the like, which leads to high cost, and the modified layer can be uneven, so that there is a problem that a wide area cannot be treated.
【０００５】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、耐摩耗性に寄与し、従来の
処理方法に比べて基材との密着強さが大きな被膜を厚く
作ることができ、広範囲な領域の表面改質を一度に行う
ことが可能なアルミニウム材の表面処理方法およびその
処理膜を提供することにある。The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to contribute to abrasion resistance and to thicken a coating film having a large adhesion strength with a base material as compared with a conventional processing method. An object of the present invention is to provide a surface treatment method for an aluminum material, which can be manufactured and can perform surface modification in a wide range at once, and a treated film thereof.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、請求項１の発明の要旨は、アルミ
ニウム基材表面にこの基材よりも軟質の低融点金属を超
音波ハンダ付法によってコーティングし、その後、この
コーティング層が形成されたアルミニウム基材を表面改
質用硬質粒子と共に容器に入れて真空封入し、容器全体
に静水圧を付与しながら上記コーティング金属の融点よ
りも低い温度まで昇温させて保持することにより、上記
コーティング層内に上記硬質粒子を分散させるアルミニ
ウム材の表面処理方法にある。In order to solve the problems of the prior art, the gist of the invention of claim 1 is that an aluminum base material surface is ultrasonically soldered with a low melting point metal softer than the base material. And then vacuum-enclose the aluminum base material on which the coating layer is formed together with the hard particles for surface modification in a container, and apply hydrostatic pressure to the entire container to lower the melting point of the coating metal. There is a surface treatment method for an aluminum material in which the hard particles are dispersed in the coating layer by raising the temperature to and holding the temperature.
【０００７】また、請求項２の発明の要旨は、請求項１
の表面処理方法によって、アルミニウム基材表面を硬化
させるべく形成されるアルミニウム材の処理膜にある。The gist of the invention of claim 2 is that of claim 1.
In the surface treatment method of the above, the treated film of the aluminum material is formed to cure the surface of the aluminum base material.
【０００８】また、請求項３の発明の要旨は、アルミニ
ウム基材表面にこの基材よりも軟質の低融点金属を超音
波ハンダ付法によってコーティングするとともに、表面
改質用硬質粒子の他に自己潤滑性に優れる二硫化モリブ
デン、窒化ホウ素、黒鉛のうち少なくとも１種類以上の
ものを混合した後、これら混合物およびコーティング層
が形成されたアルミニウム基材を表面改質用硬質粒子と
共に容器に入れて真空封入し、容器全体に静水圧を付与
しながら上記コーティング金属の融点よりも低い温度ま
で昇温させて保持することにより、上記コーティング層
に自己潤滑性を付与するアルミニウム材の表面処理方法
にある。Further, the gist of the invention of claim 3 is that an aluminum base material surface is coated with a metal having a low melting point which is softer than the base material by an ultrasonic soldering method, and in addition to the hard particles for surface modification, self-supporting metal particles are used. After mixing at least one of molybdenum disulfide, boron nitride, and graphite, which have excellent lubricity, the mixture and the aluminum base material on which the coating layer has been formed are placed in a container together with hard particles for surface modification, and vacuumed. There is a surface treatment method for an aluminum material in which the coating layer is provided with self-lubricating property by encapsulating and applying a hydrostatic pressure to the entire container to raise the temperature to a temperature lower than the melting point of the coating metal and hold it.
【０００９】また、請求項４の発明の要旨は、請求項１
または請求項３のアルミニウム材の表面処理方法におい
て、上記表面改質用硬質粒子の平均粒径を５〜２０μｍ
とし、上記自己潤滑性を有する粒子を平均１μｍ以下と
し、粗粒の硬質粒子表面に上記自己潤滑性を有する小粒
子を付着させ又は混合させて、粗粒の硬質粒子がハンダ
層中に取り込まれる際に、上記小粒子を一緒に取り込ま
せるアルミニウム材の表面処理方法にある。Further, the gist of the invention of claim 4 is that of claim 1.
Alternatively, in the surface treatment method for an aluminum material according to claim 3, the average particle diameter of the hard particles for surface modification is 5 to 20 μm.
The average particle size of the self-lubricating particles is set to 1 μm or less, and the small particle particles having the self-lubricating property are adhered to or mixed with the surface of the coarse hard particles, so that the coarse hard particles are incorporated into the solder layer. At this time, there is a surface treatment method for an aluminum material in which the small particles are incorporated together.
【００１０】さらに、請求項５の発明の要旨は、請求項
１または請求項３のアルミニウム材の表面処理方法にお
いて、上記容器全体に静水圧を付与する代わりに、上記
コーティング層が形成されたアルミニウム基材等に熱間
圧延を行うアルミニウム材の表面処理方法にある。Further, the gist of the invention of claim 5 is that, in the surface treatment method for an aluminum material according to claim 1 or claim 3, instead of applying hydrostatic pressure to the entire container, the aluminum on which the coating layer is formed is formed. It is a method of surface-treating an aluminum material in which hot rolling is performed on a substrate or the like.
【００１１】ところで、請求項１または請求項３のアル
ミニウム材の表面処理方法を応用してクラッド製アルミ
ニウム板およびその製造方法を提供することが可能とな
る。すなわち、請求項１または請求項３のアルミニウム
材の表面処理方法において、アルミニウム基材板表面に
上記コーティング層を設けた後、これを上記コーティン
グ金属の融点直下に加熱しながら、このコーティング金
属と合金化反応を起こし易い金属粉末又は金属板を合わ
せ、該合わせ面に連続的に外力を負荷させて加工を施す
ことによりクラッド製アルミニウム板を作製する製造方
法と、その製造方法により作製されるクラッド製アルミ
ニウム板である。By the way, it becomes possible to provide a clad aluminum plate and a method for producing the same by applying the surface treatment method for an aluminum material according to claim 1 or 3. That is, in the surface treatment method for an aluminum material according to claim 1 or 3, after the coating layer is provided on the surface of an aluminum substrate, the coating metal is alloyed with the coating metal while being heated just below the melting point of the coating metal. A metal powder or a metal plate that easily undergoes a chemical reaction, and a manufacturing method of manufacturing a clad aluminum plate by continuously applying an external force to the mating surface to process the clad aluminum plate manufactured by the manufacturing method. It is an aluminum plate.
【００１２】本発明における請求項１または請求項３の
アルミニウム材の表面処理方法は、アルミニウム基材表
面がコーティング層にて改質されて硬化されているた
め、得られたアルミニウム材を内燃機関用エンジンのア
ルミニウム合金製シリンダスリーブに用いると、その耐
摩耗性を向上させることが可能となる。In the surface treatment method for an aluminum material according to claim 1 or 3 of the present invention, since the surface of the aluminum substrate is modified by the coating layer and cured, the obtained aluminum material is used for an internal combustion engine. When it is used for an aluminum alloy cylinder sleeve of an engine, its wear resistance can be improved.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.
【００１４】図１は、本発明に係る実施の形態のアルミ
ニウム材の表面処理方法と、アルミニウム合金製シリン
ダスリーブの製造方法を示しており、本実施の形態のア
ルミニウム合金製シリンダスリーブは次の各工程を経て
製造される。FIG. 1 shows a surface treatment method for an aluminum material and a method for manufacturing an aluminum alloy cylinder sleeve according to an embodiment of the present invention. The aluminum alloy cylinder sleeve according to the present embodiment has the following features. It is manufactured through steps.
【００１５】（１） まず、基材として厚さ８ｍｍの純
アルミニウム板を用意する。そして、この純アルミニウ
ム板の表面に軟質（ＨＶ１００以下）の低融点金属であ
るＺｎー５ｗｔ％Ａｌ合金ハンダ（ｍ．ｐ＝３８４゜
Ｃ）を超音波ハンダ付けし、２０〜４０μｍのコーティ
ング層を形成させた。ここで、上記低融点金属とは、主
にＪＩＳ Ｚ ３２８１に示すアルミニウム用ハンダを
いい、基材とするＡｌよりも融点の低いものをいう。合
金系としては、ＺｎーＡｌ系，Ｓｎ−Ｚｎ系，Ｃｄ−Ｚ
ｎ系，Ｚｎ−Ｃｄ系があるが、その他ＪＩＳ Ｚ ３８
８２に示すハンダも本発明に該当するものとする。上記
超音波ハンダ付けは、ハンダ浴温度：４２０゜Ｃ、発振
器周波数：１９ＭＨｚ、超音波印加時間：５秒間の条件
で行った。図２は、基材１にＺｎーＡｌ合金ハンダ（Ｈ
Ｖ８０〜９５）２をコーティングした４００倍の断面組
織写真（１％ＨＦ腐食）を示している。本実施の形態の
ハンダ２は、図２に示す如く、ＡｌーＺｎ合金層（ＨＶ
９０〜１１０）３を介してコーティングされているた
め、通常のメッキや溶射被膜よりも密着強さが格段に高
い。なお、基材１は純アルミニウムに限らず、展伸材又
は鋳物品すべてのアルミニウム合金に適用することが可
能である。(1) First, a pure aluminum plate having a thickness of 8 mm is prepared as a base material. Then, Zn-5 wt% Al alloy solder (mp = 384 ° C.) which is a soft (HV100 or less) low melting point metal is ultrasonically soldered to the surface of this pure aluminum plate to form a coating layer of 20 to 40 μm. Formed. Here, the above-mentioned low melting point metal mainly means solder for aluminum shown in JIS Z 3281, and has a melting point lower than that of Al as a base material. As alloy system, Zn-Al system, Sn-Zn system, Cd-Z
There are n type and Zn-Cd type, but other JIS Z 38
The solder shown at 82 also corresponds to the present invention. The ultrasonic soldering was performed under the conditions of a solder bath temperature: 420 ° C., an oscillator frequency: 19 MHz, and an ultrasonic wave application time: 5 seconds. In FIG. 2, Zn-Al alloy solder (H
It shows a cross-sectional structure photograph (1% HF corrosion) of 400 times coated with V80-95) 2. As shown in FIG. 2, the solder 2 of this embodiment has an Al--Zn alloy layer (HV
90 to 110) 3, the adhesive strength is remarkably higher than that of ordinary plating or thermal spray coating. The base material 1 is not limited to pure aluminum and can be applied to aluminum alloys for all wrought materials and cast articles.
【００１６】（２） また、表面改質用硬質粒子を選定
する。ここでは、酸化物，窒化物，ホウ化物，炭化物等
のセラミックスの他、金属間化合物も適用できる。しか
し、粒径は平均５μｍ以上であって、２０μｍ以下であ
ることが望ましい。なお、粒径が５μｍ以下であると、
硬質粒子全体の表面積が増大し、かつ後に静水圧も大き
な力を必要となるからである。これによって、硬質粒子
がコーティング層内に取り込まれ難くなってしまう。一
方、粒径が２０μｍよりも大きいと、粒子が脱落するこ
とになるからである。本実験では、平均粒径が１０μｍ
の炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末を用いた。(2) Further, hard particles for surface modification are selected. Here, in addition to ceramics such as oxides, nitrides, borides, and carbides, intermetallic compounds can be applied. However, the average particle size is preferably 5 μm or more and 20 μm or less. If the particle size is 5 μm or less,
This is because the surface area of the hard particles as a whole is increased, and a large amount of hydrostatic pressure is required later. This makes it difficult for the hard particles to be taken into the coating layer. On the other hand, if the particle size is larger than 20 μm, the particles will fall off. In this experiment, the average particle size is 10 μm
The silicon carbide (SiC) powder of was used.
【００１７】（３） 次いで、上記アルミニウム基材１
および表面改質用硬質粒子４を図３に示すように、スチ
ール製缶（容器）５の中に入れ、ＺｎーＡｌ合金ハンダ
２をコーティングしたアルミニウム基材１をその粒子中
に埋めた後、１５０゜Ｃで１時間程脱気を行い、真空封
入した。しかる後、図中の矢印で示す如く、当該缶５に
熱間静水圧プレス（＝ＨＩＰ）により外力を付与させな
がら３５０゜Ｃ（コーティング金属たるハンダ２の融点
よりも低い温度）に昇温して、３０分間保持した。その
後、この圧力を解除して缶５を除去し、アルミニウム基
材１を取り出した。なお、ＨＩＰにより付与したガス圧
力は１１００Ｋｇ／ｃｍ2 である。また、図３におい
て、符号６は缶５の周囲に配設したヒータである。この
ような手法により得られたＺｎーＡｌ合金ハンダ２のコ
ーティング層（処理膜）内には、図４（腐食なし）に示
す如く、硬いＳｉＣ粒子が分散していることが確認でき
た。比較のため、超音波ハンダ付けによるコーティング
層を有しない（純アルミニウム材のまま）試料も同様に
処理した結果、当該試料の表面Ｓには、図５（腐食な
し）に示す如く、ＳｉＣの存在は認められず、予め超音
波ハンダ付けによって基材表面に軟質金属をコーティン
グしておくことの有意性が実証できた。したがって、上
記処理膜が表面に形成されたアルミニウム基材１に対し
て、所定の表面研磨加工を施せば、耐摩耗性を向上させ
たシリンダスリーブが得られることになる。(3) Next, the aluminum substrate 1
And, the surface-modifying hard particles 4 are put in a steel can (container) 5 as shown in FIG. 3, and the aluminum base material 1 coated with the Zn—Al alloy solder 2 is embedded in the particles. It was degassed at 150 ° C. for about 1 hour and vacuum-sealed. Then, as shown by the arrow in the figure, the temperature is raised to 350 ° C. (a temperature lower than the melting point of the solder 2 which is the coating metal) while applying an external force to the can 5 by a hot isostatic press (= HIP). And held for 30 minutes. Then, this pressure was released, the can 5 was removed, and the aluminum base material 1 was taken out. The gas pressure applied by HIP is 1100 Kg / cm 2 . Further, in FIG. 3, reference numeral 6 is a heater arranged around the can 5. As shown in FIG. 4 (no corrosion), it was confirmed that hard SiC particles were dispersed in the coating layer (treatment film) of the Zn—Al alloy solder 2 obtained by such a method. For comparison, a sample having no coating layer by ultrasonic soldering (as a pure aluminum material) was also treated in the same manner, and as a result, as shown in FIG. 5 (no corrosion), SiC was present on the surface S of the sample. However, the significance of pre-coating the surface of the substrate with a soft metal by ultrasonic soldering could be demonstrated. Therefore, by subjecting the aluminum base material 1 on which the above-mentioned treatment film is formed to a predetermined surface polishing process, a cylinder sleeve having improved wear resistance can be obtained.
【００１８】図６は、他の本発明に係る実施の形態のア
ルミニウム材の表面処理方法を示している。本実施の形
態のアルミニウム材の表面処理方法においては、図１で
示す表面改質用硬質粒子Ａに自己潤滑性を有する微粉末
Ｂを混合した後、上記発明の実施の形態と同様な処理を
行う。その混合比率はＡーｘｗｔ％Ｂとして、ｘは１〜
１０の範囲が良い。ｘが１以下ではコーティング層に自
己潤滑性を付与するという効果が期待できない。また、
二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）や窒化ホウ素（ＢＮ）、
黒鉛（Ｃ粒子）は微粒子が多いことからコーティング層
内に取り込まれ難く、ｘが１０以上に多くしても無垢が
多くなってしまう。好ましいのは、球状の硬化粒子を母
粒子として用い、この母粒子表面に対して当該自己潤滑
性に優れる微粒子をコーティングした状態に造粒してか
ら用いると良い。その他の方法は、上記発明のものと同
様である。FIG. 6 shows a surface treatment method for an aluminum material according to another embodiment of the present invention. In the surface treatment method for an aluminum material according to the present embodiment, after the surface-modifying hard particles A shown in FIG. 1 are mixed with the fine powder B having self-lubricating properties, the same treatment as in the embodiment of the invention is performed. To do. The mixing ratio is A-xwt% B, and x is 1 to
A range of 10 is good. When x is 1 or less, the effect of imparting self-lubricating property to the coating layer cannot be expected. Also,
Molybdenum disulfide (MoS 2 ) or boron nitride (BN),
Since graphite (C particles) has many fine particles, it is difficult to be taken into the coating layer, and even if x is 10 or more, the amount of pure particles increases. Preferably, spherical hardened particles are used as mother particles, and the mother particle surfaces are granulated in a state of being coated with the fine particles having excellent self-lubricating property. Other methods are similar to those of the above invention.
【００１９】本実験では、平均粒径１０μｍの球状アル
ミナ粒子（昭和電工製のアルナビースＣＢ−Ａ１０）に
平均粒径０．１μｍのＭｏＳ2 粉末を全体で４．７ｗｔ
％、乳鉢，乳棒などを用いて混合し、３５０゜Ｃで３０
分間、５５０Ｋｇ／ｃｍ2 の圧力に保持することによっ
て、図６（１％ＨＦ腐食）に示す如く、Ｚｎ−Ａｌハン
ダ２層中に球状Ａｌ2 Ｏ3 粒子７とＭｏＳ2 粉末８を取
り込ませた。なお、同図において、符号９は研磨時に脱
落したＡｌ2 Ｏ3 粒子７の跡を示している。In the present experiment, spherical alumina particles having an average particle size of 10 μm (Alnabis CB-A10 manufactured by Showa Denko) and 4.7 wt% of MoS 2 powder having an average particle size of 0.1 μm were used as a whole.
%, Mix using a mortar, pestle, etc.
The spherical Al 2 O 3 particles 7 and the MoS 2 powder 8 were incorporated into the Zn-Al solder 2 layer as shown in FIG. 6 (1% HF corrosion) by maintaining the pressure at 550 Kg / cm 2 for a minute. . In the figure, reference numeral 9 indicates the traces of Al 2 O 3 particles 7 that have fallen off during polishing.
【００２０】本実施の形態の特徴としては、加圧力が低
いためにＺｎーＡｌ合金ハンダ２層全体にＡｌ2 Ｏ3 粒
子７が取り込まれていないが、表面から２５μｍの深さ
にまでＡｌ2 Ｏ3 粒子７とＭｏＳ2 粉末８が取り込まれ
ているのが判る。すなわち、Ａｌ2 Ｏ3 粒子７の表面に
付着した微細ＭｏＳ2 粉末８がＡｌ2 Ｏ3 粒子７と共に
ハンダ２層中に取り込まれている。これにより、アルミ
ニウム基材１は耐摩耗性と自己潤滑性に優れた性能を有
するようになる。したがって、このアルミニウム基材１
に対して所定の表面研磨加工を施せば、耐摩耗性を向上
させたシリンダスリーブが得られる。[0020] The feature of this embodiment, although Al 2 O 3 particles 7 throughout Zn over Al alloy solder two layers due to the low pressure unincorporated, Al 2 from the surface to a depth of 25μm It can be seen that the O 3 particles 7 and the MoS 2 powder 8 are incorporated. That, Al 2 O 3 fine MoS 2 powder 8 attached to the surface of the particles 7 are incorporated in the second layer in the solder with Al 2 O 3 particles 7. As a result, the aluminum base material 1 has excellent wear resistance and self-lubricating performance. Therefore, this aluminum base material 1
If a predetermined surface polishing process is applied to the cylinder sleeve, a cylinder sleeve having improved wear resistance can be obtained.
【００２１】また、本発明に係る他の実施の形態のアル
ミニウム材の表面処理方法を説明する。この表面処理方
法では、上記２つの発明における表面改質用硬質粒子４
の平均粒径を５〜２０μｍとし、自己潤滑性を有する粒
子を平均１μｍ以下としている。そして、粗粒の硬質粒
子表面に上記自己潤滑性を有する小粒子を付着させた
り、あるいは混合させることにより、粗粒の硬質粒子が
上記ＺｎーＡｌ合金ハンダ層中に取り込まれる際に、当
該小粒子を一緒に取り込ませた。A surface treatment method for an aluminum material according to another embodiment of the present invention will be described. In this surface treatment method, the surface-modifying hard particles 4 according to the above two inventions are used.
The average particle size is 5 to 20 μm, and the particles having self-lubricating property are 1 μm or less on average. Then, by attaching or mixing the small particles having the self-lubricating property to the surface of the coarse hard particles, when the coarse hard particles are taken into the Zn-Al alloy solder layer, The particles were incorporated together.
【００２２】さらに、図７は本発明に係る他の実施の形
態のアルミニウム材の表面処理方法を示している。この
表面処理方法では、上記発明の方法の如き缶全体に静水
圧を付与する代わりに、上下一対の圧延ロール１０，１
１を用いて、コーティング層のＺｎーＡｌ合金ハンダ２
層が形成されたアルミニウム基材１や、表面改質用硬質
粒子（自己潤滑性微粒子も含む）４又は表面改質用金属
粉末に熱間圧延を行っている。なお、アルミニウム基材
１はハンダの融点域まで予熱されている。本実施の形態
の表面処理方法によれば、図７に示すような表面改質層
１２が形成されたアルミニウム材１ａが得られる。Further, FIG. 7 shows a surface treatment method for an aluminum material according to another embodiment of the present invention. In this surface treatment method, instead of applying hydrostatic pressure to the entire can as in the method of the above invention, a pair of upper and lower rolling rolls 10, 1 is used.
Zn-Al alloy solder 2 for the coating layer
The aluminum base material 1 on which the layer is formed, the surface-modifying hard particles (including self-lubricating fine particles) 4 or the surface-modifying metal powder are hot-rolled. The aluminum base material 1 is preheated to the melting point range of the solder. According to the surface treatment method of the present embodiment, the aluminum material 1a having the surface modified layer 12 as shown in FIG. 7 is obtained.
【００２３】次に、上記アルミニウム材の表面処理方法
を応用したクラッド製アルミニウム板およびその製造方
法を説明する。この製造方法においては、図８〜図１０
に示す如く、既述と同方法でＺｎー５ｗｔ％Ａｌ合金ハ
ンダを超音波ハンダ付けにより純Ａｌ板２１の表面にコ
ーティングした。そして、この純Ａｌ板２１を４００゜
Ｃに加熱して表面のハンダを溶融させた後、直ちに厚さ
０．６ｍｍの純銅板２２を純Ａｌ板２１にかぶせた。し
かる後、これに圧延加工を施した。Next, a clad aluminum plate to which the above-mentioned surface treatment method for aluminum material is applied and a method for manufacturing the same will be described. In this manufacturing method, FIGS.
As shown in FIG. 5, Zn-5 wt% Al alloy solder was coated on the surface of the pure Al plate 21 by ultrasonic soldering in the same manner as described above. Then, this pure Al plate 21 was heated to 400 ° C. to melt the solder on the surface, and immediately thereafter, a pure copper plate 22 having a thickness of 0.6 mm was covered on the pure Al plate 21. Then, it was rolled.
【００２４】すると、Ａｌ板２１と銅板２２との間にＺ
ｎーＡｌーＣｕ系の合金層２３（厚さ約４０μｍの合金
層）が形成され、著しく密着強度の高いＡｌーＣｕクラ
ッド板が作製できた。なお、図９において、符号２４は
ビッカース硬さ圧跡を示している。また、図１０（１％
ＨＦ腐食）は本実施の形態のクラッド板における接合界
面の状態を示しており、上部からＣｕ板２２、Ｃｕ−Ｚ
ｎ合金層２５、ＺｎーＡｌーＣｕ合金層２３、ＡｌーＺ
ｎ合金層２６およびＡｌ板２１の順に配列された構造と
なっている。本実施の形態のクラッド板は、Ｃｕが極め
て自己潤滑性に優れるため、構造材として特に摺動特性
に優れた性能を有する。Then, between the Al plate 21 and the copper plate 22, Z
An n-Al-Cu based alloy layer 23 (alloy layer having a thickness of about 40 μm) was formed, and an Al-Cu clad plate having extremely high adhesion strength could be produced. In FIG. 9, reference numeral 24 indicates a Vickers hardness impression. In addition, Fig. 10 (1%
HF corrosion) indicates the state of the bonding interface in the clad plate of the present embodiment.
n alloy layer 25, Zn-Al-Cu alloy layer 23, Al-Z
The n-alloy layer 26 and the Al plate 21 are arranged in this order. Since the clad plate of the present embodiment has extremely excellent self-lubricating property of Cu, it has a particularly excellent sliding property as a structural material.
【００２５】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能で
ある。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
【００２６】[0026]
【発明の効果】上述の如く、本発明に係るアルミニウム
材の表面処理方法は、アルミニウム基材表面にこの基材
よりも軟質の低融点金属を超音波ハンダ付法によってコ
ーティングし、その後、このコーティング層が形成され
たアルミニウム基材を表面改質用硬質粒子と共に容器に
入れて真空封入し、容器全体に静水圧を付与しながら上
記コーティング金属の融点よりも低い温度まで昇温させ
て保持することにより、上記コーティング層内に上記硬
質粒子を分散させるので、コスト高を招くことなく、耐
摩耗性に寄与する被膜を厚く作製できるとともに、アル
ミニウム基材との密着強さが大きな被膜を作ることがで
きる。しかも、広範囲な領域の表面改質を一度に行うこ
とが可能であるため、生産性の向上とコストダウンを図
ることができる。そして、本発明の表面処理方法によっ
て表面に処理膜が形成されているアルミニウム材は、優
れた耐摩耗性を有しているので、シリンダスリーブなど
のエンジン部品に適用することができる。As described above, in the surface treatment method for an aluminum material according to the present invention, the surface of the aluminum base material is coated with a low melting point metal which is softer than the base material by the ultrasonic soldering method, and then this coating is performed. Place the layered aluminum base material together with the surface-modifying hard particles in a container and vacuum-enclose it. While applying hydrostatic pressure to the entire container, raise it to a temperature lower than the melting point of the coating metal and hold it. As a result, since the hard particles are dispersed in the coating layer, it is possible to form a coating that contributes to wear resistance with a high thickness without increasing the cost, and to form a coating having a high adhesion strength with an aluminum base material. it can. Moreover, since it is possible to modify the surface of a wide area at a time, it is possible to improve the productivity and reduce the cost. The aluminum material having a surface treated film formed by the surface treatment method of the present invention has excellent wear resistance, and thus can be applied to engine parts such as cylinder sleeves.
【００２７】また、他の本発明に係るアルミニウム材の
表面処理方法は、アルミニウム基材表面にこの基材より
も軟質の低融点金属を超音波ハンダ付法によってコーテ
ィングするとともに、表面改質用硬質粒子の他に自己潤
滑性に優れる二硫化モリブデン、窒化ホウ素、黒鉛のう
ち少なくとも１種類以上のものを混合した後、これら混
合物およびコーティング層が形成されたアルミニウム基
材を表面改質用硬質粒子と共に容器に入れて真空封入
し、容器全体に静水圧を付与しながら上記コーティング
金属の融点よりも低い温度まで昇温させて保持すること
により、上記コーティング層に自己潤滑性を付与するの
で、上記発明と同様の効果が得られる。Another method of surface treatment of an aluminum material according to the present invention is to coat a surface of an aluminum base material with a metal having a low melting point which is softer than the base material by an ultrasonic soldering method, and at the same time, harden a surface for modification. In addition to the particles, at least one or more of molybdenum disulfide, boron nitride, and graphite having excellent self-lubricating properties are mixed, and then the mixture and the aluminum base material having the coating layer are formed together with the hard particles for surface modification. Since it is placed in a container and vacuum-sealed, and the entire container is heated and held to a temperature lower than the melting point of the coating metal while applying a hydrostatic pressure, self-lubricating property is imparted to the coating layer. The same effect as can be obtained.
【００２８】さらに、上述した発明に係るアルミニウム
材の表面処理方法を応用して、アルミニウム基材板表面
に上記コーティング層を設けた後、これを上記コーティ
ング金属の融点直下に加熱しながら、このコーティング
金属と合金化反応を起こし易い金属粉末又は金属板を合
わせ、該合わせ面に連続的に外力を負荷させて加工を施
せば、大きな密着強さを有するクラッド板を製造するこ
とができる。Further, by applying the surface treatment method of an aluminum material according to the above-mentioned invention, the above coating layer is provided on the surface of the aluminum base plate, and then the coating layer is heated just below the melting point of the coating metal while the coating layer is being heated. A clad plate having a high adhesion strength can be manufactured by combining a metal and a metal powder or a metal plate that easily causes an alloying reaction, and applying a continuous external force to the mating surface for processing.
【図１】本発明の実施の形態に係るアルミニウム材の表
面改質処理方法と、アルミニウム合金製シリンダスリー
ブの製造方法を説明するブロック図ある。FIG. 1 is a block diagram illustrating a surface modification treatment method for an aluminum material and a method for manufacturing an aluminum alloy cylinder sleeve according to an embodiment of the present invention.
【図２】Ｚｎ−Ａｌハンダをコーティングしたアルミニ
ウム基材の構造を説明する４００倍の顕微鏡写真であ
る。FIG. 2 is a 400 × photomicrograph illustrating the structure of an aluminum substrate coated with Zn—Al solder.
【図３】アルミニウム材および表面改質用硬質粒子を缶
の中に入れて、静水圧を付与している状態を示す概念図
である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which an aluminum material and hard particles for surface modification are put in a can and a hydrostatic pressure is applied.
【図４】Ｚｎ−Ａｌハンダをコーティングした場合に、
コーティング層中にＳｉＣ粒子が取り込まれている状態
を説明する４００倍の顕微鏡写真である。FIG. 4 shows the case where Zn-Al solder is coated,
It is a 400 times microscope photograph explaining the state in which the SiC particle was taken in in the coating layer.
【図５】Ｚｎ−Ａｌハンダをコーティングしない場合に
おける純アルミニウム基材のままの状態を説明する４０
０倍の顕微鏡写真である。FIG. 5 illustrates a state in which a pure aluminum base material is left as it is when Zn-Al solder is not coated.
It is a 0X micrograph.
【図６】Ａｌ2 Ｏ3 ー４．７ｗｔ％ＭｏＳ2 をコーティ
ングしたアルミニウム基材の構造を説明する４００倍の
顕微鏡写真である。FIG. 6 is a 400 × photomicrograph illustrating the structure of an aluminum substrate coated with Al 2 O 3 -4.7 wt% MoS 2 .
【図７】Ｚｎ−Ａｌハンダ層が形成されたアルミニウム
基材を圧延ロールによって熱間圧延している状態を示す
概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram showing a state where an aluminum base material on which a Zn—Al solder layer is formed is hot-rolled by a rolling roll.
【図８】超音波ハンダ付けと圧延により作製したＡｌ−
Ｃｕクラッド板の構造を説明する５０倍の顕微鏡写真で
ある。FIG. 8: Al- produced by ultrasonic soldering and rolling
It is a 50 times microscope picture explaining the structure of a Cu clad board.
【図９】図８におけるクラッド板の構造を示す概念図で
ある。9 is a conceptual diagram showing the structure of the clad plate in FIG.
【図１０】図９におけるＡ部の接合界面の状態を説明す
る４００倍の顕微鏡写真である。FIG. 10 is a 400 × micrograph for explaining the state of the bonding interface of the portion A in FIG.
１ アルミニウム基材 ２ Ｚｎ−Ａｌ合金ハンダ ３ Ｚｎ−Ａｌ合金層 ４ 表面改質用硬質粒子 ５ スチール製缶 ６ ヒータ 1 Aluminum Base Material 2 Zn-Al Alloy Solder 3 Zn-Al Alloy Layer 4 Hard Particles for Surface Modification 5 Steel Can 6 Heater
Claims (5)
軟質の低融点金属を超音波ハンダ付法によってコーティ
ングし、その後、このコーティング層が形成されたアル
ミニウム基材を表面改質用硬質粒子と共に容器に入れて
真空封入し、容器全体に静水圧を付与しながら上記コー
ティング金属の融点よりも低い温度まで昇温させて保持
することにより、上記コーティング層内に上記硬質粒子
を分散させることを特徴とするアルミニウム材の表面処
理方法。1. A surface of an aluminum base material is coated with a low melting point metal softer than the base material by an ultrasonic soldering method, and then the aluminum base material having the coating layer is formed together with hard particles for surface modification. It is characterized in that the hard particles are dispersed in the coating layer by placing in a container and vacuum-sealing, and heating and holding the temperature up to a temperature lower than the melting point of the coating metal while applying hydrostatic pressure to the entire container. Surface treatment method for aluminum materials.
ミニウム基材表面を硬化させるべく形成されるアルミニ
ウム材の処理膜。2. A treated film of an aluminum material, which is formed by the surface treatment method according to claim 1 to cure the surface of an aluminum substrate.
軟質の低融点金属を超音波ハンダ付法によってコーティ
ングするとともに、表面改質用硬質粒子の他に自己潤滑
性に優れる二硫化モリブデン、窒化ホウ素、黒鉛のうち
少なくとも１種類以上のものを混合した後、これら混合
物およびコーティング層が形成されたアルミニウム基材
を表面改質用硬質粒子と共に容器に入れて真空封入し、
容器全体に静水圧を付与しながら上記コーティング金属
の融点よりも低い温度まで昇温させて保持することによ
り、上記コーティング層に自己潤滑性を付与することを
特徴とするアルミニウム材の表面処理方法。3. A surface of an aluminum base material is coated with a metal having a low melting point, which is softer than the base material, by an ultrasonic soldering method, and in addition to hard particles for surface modification, molybdenum disulfide, nitriding material having excellent self-lubricity After mixing at least one or more of boron and graphite, the mixture and the aluminum substrate on which the coating layer is formed are placed in a container together with hard particles for surface modification and vacuum-sealed,
A surface treatment method for an aluminum material, which comprises imparting self-lubricating property to the coating layer by raising the temperature to a temperature lower than the melting point of the coating metal and holding the same while applying hydrostatic pressure to the entire container.
材の表面処理方法において、上記表面改質用硬質粒子の
平均粒径を５〜２０μｍとし、上記自己潤滑性を有する
粒子を平均１μｍ以下とし、粗粒の硬質粒子表面に上記
自己潤滑性を有する小粒子を付着させ又は混合させて、
粗粒の硬質粒子がハンダ層中に取り込まれる際に、上記
小粒子を一緒に取り込ませることを特徴とするアルミニ
ウム材の表面処理方法。4. The surface treatment method for an aluminum material according to claim 1 or 3, wherein the hard particles for surface modification have an average particle size of 5 to 20 μm, and the particles having self-lubricating property have an average of 1 μm or less. , By adhering or mixing small particles having the self-lubricating property to the surface of coarse hard particles,
A method for surface treatment of an aluminum material, characterized in that, when coarse hard particles are incorporated into a solder layer, the small particles are incorporated together.
材の表面処理方法において、上記容器全体に静水圧を付
与する代わりに、上記コーティング層が形成されたアル
ミニウム基材等に熱間圧延を行うことを特徴とするアル
ミニウム材の表面処理方法。5. The surface treatment method for an aluminum material according to claim 1 or 3, wherein hot rolling is performed on an aluminum base material or the like on which the coating layer is formed, instead of applying hydrostatic pressure to the entire container. A surface treatment method for an aluminum material, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33402395A JP3218956B2 (en) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | Surface treatment method for aluminum material and treated film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33402395A JP3218956B2 (en) | 1995-11-29 | 1995-11-29 | Surface treatment method for aluminum material and treated film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH09143671A true JPH09143671A (en) | 1997-06-03 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009537750A (en) * | 2006-05-17 | 2009-10-29 | エムエーエヌ・ディーゼル・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・エスイー・ティスクランド | Device for connecting two mechanical parts and method of manufacturing such a device |
| CN104498936A (en) * | 2014-12-09 | 2015-04-08 | 四川大学 | Method for mechanical inducing synthesis of metal ceramic wear-resistant layer |
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1995
- 1995-11-29 JP JP33402395A patent/JP3218956B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN104498936A (en) * | 2014-12-09 | 2015-04-08 | 四川大学 | Method for mechanical inducing synthesis of metal ceramic wear-resistant layer |
| CN104498936B (en) * | 2014-12-09 | 2018-05-01 | 四川大学 | The method that mechanical induction synthesizes metal ceramic wear-resisting layer |
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|---|---|
| JP3218956B2 (en) | 2001-10-15 |
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